两级功率分流式行星传动的运动学与动力学分析

发布时间：2020-10-18 10:02

　　 行星传动具有多种显著的优异特点,常见优点如:传动比范围广、体积小、质量轻、承载及抗冲击能力强。得益于比普通定轴传动更多的应用优点,行星齿轮传动在各种类型的使用场景中取得了普遍应用,比如:航天传动机械、采矿起重机械、风力发电、汽车传动、国防事业。功率分流式行星传动机构相比于常用的行星传动,其传动比范围更大,同时因为具备功率分流特性,相比于同等程度传动范围的普通传动,其整体的结构承载及对抗激励冲击能力更加优异,因此传动过程中,分流式传动机构运行更加精确、更加稳定。考虑到分流式行星传动机构的巨大潜力,有必要针对功率分流式行星传动此种传动类型进行传动机理研究,因此,本文主要考虑从运动学与动力学两个方面,针对某类型两级功率分流式行星传动机构进行相关传动研究及实验,主要包括:首先对两级功率分流式行星传动机构的结构组成进行了分析,通过分析其机构组成对其结构进行了简化,将两级传动结构转化为第一级两自由度差动行星传动和第二级单自由度准行星传动。之后对其设计流程进行分析,按照给定设计要求、配齿计算、传动比误差检验、模数计算、啮合参数计算、变位判断及相应求解、几何尺寸计算、装配条件验算、机构效率计算、最后进行传动件强度校核,这样的系统流程进行本文研究的分流式行星传动机构类型的设计。并用计算机语言将设计流程编写成电脑软件,简化设计计算量、提高设计速度和计算精度。运动学方面,对本文研究的两级功率分流式行星传动机构进行分析,推导了其系统传动比、系统各级各构件的转速、系统传动效率计算模型、两级功率分流比例系数计算公式。同时分别对传动机构的两级行星排特性参数与系统总传动比、各传动件转速、以及传动过程中两级传动的传递功率的分流比例进行分析。分析计算结果发现,系统整体传动比绝对值分别与两级的行星排特性参数呈正相关关系。不考虑输入转速的影响,第一级传动各构件以及第二级传动中的太阳轮转速仅与第一级传动的行星排特性参数有关,具体表现为呈反比。第二级传动的输出件转速,与两级传动的行星排特性参数呈反比。动力学方面,针对本文研究的行星传动机构,建立了其平移-扭转耦合模型,考虑到时变啮合刚度、尺侧间隙等因素对动力学方程的影响,在建立其动力学微分方程组时,将上述因素考虑在内,建立了非线性动力学方程,之后求解了本机构的固有频率。同时针对行星轮数目的变化是否会对系统固有频率产生影响,将取第一级行星轮数目为三个,第二级行星轮数目取三到六,研究系统的固有频率变化情况。搭建了本文研究的两级功率分流式行星传动机构实验台,分别进行动力学实验及运动学实验,动力学实验选取并进行固态特性实验,使用激励力锤多次手动敲击行星齿轮箱箱体,通过布置在齿轮箱箱体上的径向、轴向、周向的加速度传感器采集齿轮箱系统在受到力锤敲击激励后的响应,通过某振动采集分析系统,对传递函数进行解析,获得了传动系统的六阶固有频率。将试验采集后分析获得的频率值与理论求解获得的固有频率值进行对比,在可允许的误差范围内,验证了建立的非线性动力学模型的正确性。运动学实验采用行星传动系统的传动效率实验,在恒定输入转速变系统负载和恒定系统负载变输入转速的实验条件下通过实时测控平台及软件采集系统传动效率。试验结果表明,系统传递效率与系统的输入转速之间关系很小。若采用定输入转速的同时,提高系统负载,传递效率值随之提高。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH132.41
【部分图文】：

针对行星传动的动力学建模方法主要分为以下三限元模型［２Ｍ３］、混合模型。集中参数模型是将各构件，将行星轮系进行离散，建立弹簧－振动系统。同时根据种类的不同，集中参数模型可划分为两种模型，即纯模型。通过有限元划分网格，对行星传动进行分析，若系尚可，一但分析具有复杂结构的行星传动系统，尤格后计算速度及精度都会存在问题，得出的结果也存构件，根据各自的特性以及分析计算需要，分别采用，进行有机组合后得到的动力学模型就是混合模型，但，一般不采用这种方式。??有时在进行动力学建模时会忽略支撑刚度及其径向振振动位移，此种方法建立的模型为纯扭转模型。动力学模时不再忽略支承刚度，计入了径向振动，模型更加

Ｋａｈｒａｎｉａｎ［３９］针对单级行星传动建立纯扭转模型来进行动力学研究时发现，当??支承刚度远超啮合刚度时，具体为超过１０倍及以上时，通过纯扭转模型和通过平??移－扭转耦合模型分别求解得到的固有频率值近似，具有一定程度的等价性，对固??有频率的求解提供了指导性作用。Ｐａｒｋｅ＾Ｍ则主要通过建立的动力学纯扭转模型，??研宄分析了啮合相位对太阳轮、内齿圈、行星架的振动特性影响。Ｈｉｄａｋａ｜６８］通过??建立的单级纯扭转模型，有针对性的研宄了系统的均载系数。孙智民｜７（）］等在考虑??建立动力学模型时，计入了尺侧间隙和时变啮合刚度两种非线性因素，由此建立??的动力学模型为非线性扭转模型。??孙涛等以非线性扭转模型为基础，同时计入非线性因素，建立了行星传??动的平移－扭转耦合模型，推导出了系统的非线性微分方程。Ｌｉｎ｜４６］等针对行星传动??中行星轮的不同安装模式对系统的影响，建立了平移－扭转耦合的单级模型，并进??行了固有振动特性研宄。宋铁民［４９］等针对另一种应用广泛的行星传动类型３Ｋ－Ｉ丨型，??建立了平移－扭转耦合集中参数模型，并考虑了各级各个构件的径向平移、周向扭??

Ｋａｈｒａｎｉａｎ［３９］针对单级行星传动建立纯扭转模型来进行动力学研究时发现，当??支承刚度远超啮合刚度时，具体为超过１０倍及以上时，通过纯扭转模型和通过平??移－扭转耦合模型分别求解得到的固有频率值近似，具有一定程度的等价性，对固??有频率的求解提供了指导性作用。Ｐａｒｋｅ＾Ｍ则主要通过建立的动力学纯扭转模型，??研宄分析了啮合相位对太阳轮、内齿圈、行星架的振动特性影响。Ｈｉｄａｋａ｜６８］通过??建立的单级纯扭转模型，有针对性的研宄了系统的均载系数。孙智民｜７（）］等在考虑??建立动力学模型时，计入了尺侧间隙和时变啮合刚度两种非线性因素，由此建立??的动力学模型为非线性扭转模型。??孙涛等以非线性扭转模型为基础，同时计入非线性因素，建立了行星传??动的平移－扭转耦合模型，推导出了系统的非线性微分方程。Ｌｉｎ｜４６］等针对行星传动??中行星轮的不同安装模式对系统的影响，建立了平移－扭转耦合的单级模型，并进??行了固有振动特性研宄。宋铁民［４９］等针对另一种应用广泛的行星传动类型３Ｋ－Ｉ丨型，??建立了平移－扭转耦合集中参数模型，并考虑了各级各个构件的径向平移、周向扭??
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 胡青春;李剑英;段福海;;带有圆锥齿轮的复合行星传动功率流与传动效率分析[J];机械工程学报;2015年21期

2 盛冬平;朱如鹏;靳广虎;陆凤霞;鲍和云;;Dynamic load sharing behavior of transverse-torsional coupled planetary gear train with multiple clearances[J];Journal of Central South University;2015年07期

3 王均刚;王勇;霍志璞;;风电增速箱行星传动系统动力学方程及均载特性[J];太阳能学报;2015年01期

4 饶振刚;;封闭行星齿轮传动的设计研究[J];传动技术;2014年03期

5 邱星辉;韩勤锴;褚福磊;;风力机行星齿轮传动系统动力学研究综述[J];机械工程学报;2014年11期

6 叶红朝;孙毅;屠立;;多级2K-H行星减速器设计系统的开发[J];机械设计与制造;2012年07期

7 秦大同;龙威;杨军;周海波;;变风速运行控制下风电传动系统的动态特性[J];机械工程学报;2012年07期

8 杨富春;周晓军;郑津洋;;复式行星齿轮传动系统综合动力学模型及振动特性研究[J];振动与冲击;2011年08期

9 张俊;宋轶民;;NW型直齿行星传动的动力学建模与固有特性分析[J];天津大学学报;2011年08期

10 巫世晶;刘振皓;王晓笋;朱恩涌;;基于谐波平衡法的复合行星齿轮传动系统非线性动态特性[J];机械工程学报;2011年01期

相关博士学位论文 前1条

1 张丽娜;功率分流式行星齿轮传动系统建模及动态特性研究[D];山东大学;2017年

本文编号：2846154